Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh thông qua xây dựng và sử dụng các thí nghiệm về dao dộng cơ có kết nối với điện thoại thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Phùng Thị Thái Hà BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH THÔNG QUA XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CĨ KẾT NỐI VỚI ĐIỆN THOẠI THƠNG MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Thành phố Hồ Chí Minh – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Phùng Thị Thái Hà BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH THÔNG QUA XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CĨ KẾT NỐI VỚI ĐIỆN THOẠI THƠNG MINH Chun ngành: Lí luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số: 8140111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN NGỌC CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2020 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học khác Tác giả Phùng Thị Thái Hà LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lí – Bộ mơn Phương pháp dạy học Vật lí Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, Ban Giám hiệu trường THPT Trần Hữu Trang – nơi tiến hành thực nghiệm đề tài luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Trần Ngọc Chất tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tác giả suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Khoa Vật lí – Trường Đại học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh dành nhiều thời gian góp ý cho tác giả thời gian nghiên cứu hoàn thiện luận văn Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn bố, mẹ, gia đình, bạn bè người giúp đỡ, động viên tác giả suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả Phùng Thị Thái Hà MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương Cơ sở lý luận thực tiễn việc xây dựng sử dụng thí nghiệm Dao động có kết nối với điện thoại thơng minh nhằm bồi dưỡng lực thực nghiệm học sinh dạy học vật lí trường phổ thơng 1.1 Cơ sở lý luận việc bồi dưỡng lực thực nghiệm .6 1.1.1 Khái niệm lực thực nghiệm 1.1.2 Cấu trúc lực thực nghiệm 1.1.3 Năng lực chuyên biệt mơn vật lí 1.1.4 Bồi dưỡng lực thực nghiệm Vật lí cho học sinh 12 1.1.5 Các biện pháp đo lực thực nghiệm .23 1.2 Cơ sở lý luận việc thiết kế, chế tạo sử dụng thiết bị thí nghiệm Vật lí nhằm bồi dưỡng lực thực nghiệm 36 1.2.1 Thí nghiệm Vật lí đặc điểm thí nghiệm Vật lí 36 1.2.2 Vai trị thí nghiệm dạy học Vật lí THPT 38 1.2.3 Các loại thí nghiệm sử dụng dạy học Vật lí 42 1.2.4 Các yêu cầu sư phạm thiết bị thí nghiệm 48 1.3 Thiết bị thí nghiệm kết nối với phương tiện số 49 1.3.1 Thí nghiệm kết nối với máy vi tính .49 1.3.2 Thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh .50 1.3.3 Tìm hiểu ứng dụng Arduino 61 1.4 Điều tra 63 1.4.1 Cở sở điều tra 63 1.4.2 Điều tra nhận thức giáo viên, nhà quản lí việc sử dụng thiết bị thí nghiệm bồi dưỡng lực thực nghiệm cho học sinh THPT 64 1.4.3 Điều tra nội dung dạy học phần dao động chương trình Vật lí THPT 65 1.4.4 Điều tra việc sử dụng công nghệ số dạy học phần dao động chương trình Vật lí THPT 67 Kết luận chương 70 Chương Thiết kế, chế tạo sử dụng số thí nghiệm Dao động có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng lực thực nghiệm cho học sinh dạy học vật lí trường phổ thông 72 2.1 Mạch logic kiến thức phần dao động chương trình GDPT hành chương trình GDPT (khái qt hóa nội dung kiến thức phần dao động chương trình GDPT hành chương trình GDPT mới) 72 2.2 Các thiết bị thí nghiệm phần dao động có kết nối với điện thoại thơng minh 79 2.2.1 Thiết bị thí nghiệm phần dao động có sẵn 79 2.2.2 Chế tạo thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thơng minh 82 2.2.3 Xây dựng số thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh dạy học chương “Dao động cơ” nhằm bồi dưỡng lực thực nghiệm học sinh 95 2.3 Thiết kế tiến trình dạy học học chương “Dao động cơ” có sử dụng thiết bị thí nghiệm phần dao động kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng lực thực nghiệm học sinh 99 2.3.1 Xác định mục tiêu dạy học chương “Dao động cơ” 99 2.3.2 Ý tưởng sư phạm 101 2.3.3 Tiến trình dạy học “Dao động điều hịa” (Tiết 1) 106 2.3.4 Tiến trình dạy học “Con lắc lò xo” 111 2.3.5 Tiến trình dạy học hoạt động ngoại khóa nhằm bồi dưỡng lực thực nghiệm HS THPT 115 2.4 Thiết kế công cụ đo lực thực nghiệm học sinh việc sử dụng thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thơng minh 119 2.4.1 Thiết kế công cụ đo lực thực nghiệm học sinh việc sử dụng thiết bị TNKNĐTTM hoạt động dạy học lớp 119 2.4.2 Thiết kế công cụ đo lực thực nghiệm học sinh nhiệm vụ quan sát, phân tích thí nghiệm có TNKNĐTTM (Phục vụ dạy học hoạt động giờ) 125 2.4.3 Thiết kế công cụ đo lực thực nghiệm học sinh nhiệm vụ chế tạo thiết bị đo chu kì dao động lắc đơn (Phục vụ dạy học hoạt động giờ) 126 Kết luận chương 128 Chương Thực nghiệm sư phạm 130 3.1 Mục đích đối tượng thực nghiệm sư phạm 130 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 130 3.1.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 130 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 131 3.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm 131 3.4 Phương pháp đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 129 3.4.1 Các tiêu chí đánh giá 132 3.4.2 Xử lí, phân tích kết thử nghiệm sư phạm 132 3.5 Kết thực nghiệm sư phạm 133 3.5.1 Đánh giá trình bồi dưỡng lực thực nghiệm thông giáo án giảng dạy lớp 133 3.5.2 Kết thực nghiệm mặt định tính 137 3.5.3 Kết thực nghiệm mặt định lượng 138 3.5.4 Đánh giá việc bồi dưỡng lực thực nghiệm thông qua việc tổ chức hoạt động ngoại khóa 143 3.6 Nhận xét kết thực nghiệm sư phạm 145 Kết luận chương 147 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CLĐ Con lắc đơn CLLX Con lắc lị xo CNTT Cơng nghệ thơng tin DH Dạy học ĐTTM Điện thoại thông minh ĐC Đối chứng GDPT Giáo dục phổ thông GV Giáo viên HĐNK Hoạt động ngoại khóa HS Học sinh KHCN Khoa học cơng nghệ MVT Máy vi tính NLTN Năng lực thực nghiệm PPDH Phương pháp dạy học PPTN Phương pháp thực nghiệm PTDH Phương tiện dạy học QTDH Quá trình dạy học SGK Sách giáo khoa TNKN Thí nghiệm kết nối TNKNĐTTM Thí nghiệm kết nối điện thoại thơng minh TNKNMT Thí nghiệm kết nối máy tính TNTT Thí nghiệm tự tạo TNVL Thí nghiệm vật lí TN Thí nghiệm TBTN Thiết bị thí nghiệm TNg Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm TNKQ Trắc nghiệm khách quan THCS Trung học sở THPT Trung học phổ thơng VTCB Vị trí cân DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Bảng mô tả cấu trúc lực thực nghiệm 11 Bảng 1.2 Bảng tiêu chuẩn đánh giá Rubric tốt 30 Bảng 1.3 Tiêu chí chất lượng hành vi NLTN 32 Bảng 1.4 Bảng mô tả mẫu điều tra thực trạng 63 Bảng 2.1 Bảng nội dung kiến thức chương dao động 71 Bảng 2.2 Bảng mô tả sơ lược hoạt động dạy học chương “Dao động cơ” 99 Bảng 2.3 Bảng tiêu chí đánh giá lực thực nghiệm HS việc sử dụng TNKNĐTTM theo giáo án dạy học lớp 117 Bảng 2.4 Bảng tiêu chí đánh giá lực thực nghiệm HS nhiệm vụ quan sát, phân tích thí nghiệm có TNKNĐTTM 123 Bảng 2.5 Bảng tiêu chí đánh giá đo lực thực nghiệm học sinh nhiệm vụ chế tạo thiết bị đo chu kì dao động lắc đơn 124 Bảng 3.1 Bảng kết học lực môn Vật lí đầu năm lớp 12 (năm học 20192020) 128 Bảng 3.2 Bảng xếp loại điểm kiểm tra 129 Bảng 3.3 Kết đánh giá NLTN nhóm lớp thực nghiệm trình dạy học theo giáo án lớp 130 Bảng 3.4 Bảng thống kê loại điểm kiểm tra 135 Bảng 3.5 Tổng hợp tham số hai nhóm thực nghiệm đối chứng 136 Bảng 3.6 Bảng đánh giá kết xếp loại điểm kiểm tra 139 Bảng 3.7 Bảng kết đánh giá lực thực nghiệm phần quan sát, nhận xét 140 Bảng 3.8 Bảng kết đánh giá lực thực nghiệm phần thiết kế, chế tạo 141 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 2.1 Hình thí nghiệm thực hành dao động học 79 Hình 2.2 Hình ảnh mặt trước mặt sau bo mạch Arduino Uno 82 Hình 2.3 Hình ảnh vi điều khiển ATMEGA328 83 Hình 2.4 Hình ảnh chi tiết thành phần vi điều khiển Arduino 84 Hình 2.5 Hình ảnh Module đọc Encoder V2 86 Hình 2.6 Hình ảnh thiết bị cổng quang cảm biến 86 Hình 2.7 Hình ảnh thiết bị cổng quang 11 cảm biến 87 Hình 2.8 Hình ảnh cảm biến Encoder 400 xung 87 Hình 2.9 Hình ảnh Module HC-05 88 Hình 2.10 Hình ảnh logo chương trình MIT App Inventor 90 Hình 2.11 Hình ảnh số ứng dụng thu thập hiển thị liệu điện thoại thông minh 90 Hình 2.12 Hình ảnh ứng dụng Arduino Bluetooth Serial Monitor 91 Hình 2.13 Hình ảnh ứng dụng Graphical Analysis 91 Hình 2.14 Hình ảnh giao diện ứng dụng Serial monitor 91 Hình 2.15 Hình ảnh giao diện sử dụng ứng dụng Graphical Analysis 92 Hình 2.16 Hình ảnh bố trí thí nghiệm lắc lò xo trước sau cải tiến 94 Hình 2.17 Hình ảnh kết thí nghiệm lắc lị xo điên thoại 95 Hình 2.18 Hình ảnh bố trí thí nghiệm lắc đơn trước sau cải tiến 96 Hình 2.19 Hình ảnh kết thí nghiệm lắc đơn điện thoại 97 Sơ đồ 1.1 Sơ đồ cấu trúc lực thực nghiệm Sơ đồ 1.2 Sơ đồ lực thành phần lực chuyên biệt vật lí Sơ đồ 1.3 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính mặt nguyên tắc 49 Sơ đồ 1.4 Sơ đồ thành phần thí nghiệm vật lí 52 Sơ đồ 1.5 Sơ đồ thành phần thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh 53 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ kiến thức chương dao động 73 Sơ đồ 2.2 Sơ đồ thiết kế thiết bị thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh 93 ... SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CÓ KẾT NỐI VỚI ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Phùng Thị Thái Hà BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH THÔNG QUA XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CĨ KẾT NỐI VỚI... Chương Cơ sở lý luận thực tiễn việc xây dựng sử dụng thí nghiệm Dao động có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng lực thực nghiệm học sinh dạy học vật lí trường phổ thông 1.1 Cơ